浅谈BIM软件系统与云计算

方 琦

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

浅谈BIM软件系统与云计算

方 琦

(建研科技股份有限公司，北京 100013)

本文通过对BIM系统和云计算的一些基本特征和发展现状的分析，简单阐述了笔者对于云计算时代BIM软件系统应用模式的一些看法。云计算的特征符合BIM软件系统的发展需要，云计算时代的BIM软件系统应该更好的实现数据乃至功能的整合和互通。这将为用户和行业带来利益，也更符合绿色低碳的发展趋势。

BIM；软件；云计算；系统整合

1 发展现状和趋势

随着时间的推移，人们对于事物的认识总是在不断进步，建筑行业就是如此。从古代仅凭代代相传的经验搭建房舍，到按照图纸按照工程管理流程建造楼宇；从手工绘制图纸到使用数字化设备建立数字化设计文档；从2D模型到3D模型……建筑这个有着几千年历史的学科发生着巨大的变化。人们对于建筑的要求、可以应用于建筑设计的技术手段、对于建造过程的管理方式、对于基础设施的管理和使用，建筑领域的方方面面相互影响相互促进，随着需求和生产力的增长更为复杂的建筑描述和管理方式应运而生，它就是BIM。

BIM应当算是建筑行业近几年最为热门的词汇。BIM是建筑信息模型的英文缩写，一些标准中对BIM这样定义：“具有如下特征的建模技术和过程关联集合：1、物理和功能性的数字化表达；2、包含可用于分析处理的模型数据；3、模型的变化会在所有的模型视图中同步更新”[1]。其实，BIM并不是一个新概念，早在20世纪70年代美国的建筑行业就有人(Charles Eastman)提出BIM理论(虽然没有提出BIM这个词汇)，但经过了30多年的发展，即便是在起步很早的美国，BIM技术的应用率也只有30%多。而BIM在中国的应用，可能还不到10%，这其中或许还包括只能算沾上BIM概念的应用。[2]

BIM的产生和发展自有其道理，土木工程的设计、建造、使用、维护过程中的对于人力、物力、时间的各种浪费，最终导致人们要求能够得到一种信息更为完整、能够在整个过程中起到协调作用的统一信息载体。至少从理论上，这种载体可以解决现存的问题。但是，一种新的理念要成为现实，总要经过一个过程，这个过程可能是漫长而艰难的。

BIM应用困难可能取决于几个方面的原因。最基本和最直观的就是技术上的障碍。在BIM诞生之初，计算机系统还不足以支持建筑物全生命周期所需的各种信息的多种方式的描述和展现，那个时候的计算机系统能够以图形展示信息都很困难，所需设备也很昂贵，更不要奢望以3D形式记录和展示整个建筑物的全方位信息了。这方面的问题目前逐渐被由摩尔定律控制的信息技术的发展解决了。另一个更为关键的原因是人们的需求。早期，多数建筑物还比较简单，规模相对较小，人们还比较容易驾驭这样的设计和建造过程，因此对于信息的整合和人员的协作要求不是很高(相对而言)，人们已经习惯了这样的工作方式，当越来越多规模巨大或是复杂程度很高的建筑出现的时候，人们还不能完全适应那些可以更好地驾驭这种建筑的设计手段和管理方式，或者难以在改变习惯来适应新需要和坚持老习惯并接受不完美的设计之间做出抉择，因为毕竟BIM设计流程的改造，改进的过程中反而会消耗额外的管理成本。此外，由于建筑和工程都与人相关，所以更复杂的情况是这样的变革中还掺杂着各种经济利益和关系等因素。总之，接受新事物总是十分困难的。

虽然BIM方面的专家认为技术在BIM流程中所占的比重远少于管理，但这是我们目前较容易改进的。因此，我们暂且抛开太多的复杂因素，仅着眼于技术。从设计行业乃至人类社会的发展来看，我们越来越依赖于信息技术。从大型计算机到个人电脑，计算能力的发展总是成为我们设计能力的技术基础，信息技术可以影响其它行业的发展。很多年前，计算机行业的大师们就预言计算将会成为一种资源，他们声称网络就是计算机，并把计算资源的获取与电力资源进行类比，认为计算资源将会像供电那样统一供给，按需使用。时至今日，技术的发展将预言变为现实，“云计算”已经越来越清晰地展现在我们面前。如果说几年前我们还可以把它当作概念的炒作，今天云计算作为各种计算资源整合技术发展的产物，已经开始落地生根了。相信在不久的将来购买配置很高的计算设备只会是少数供应商的需要，而我们将以更便宜的价格使用性能更高的“计算资源”。[3]而这种计算方式的变革也将为建筑设计领域带来巨大影响，信息更为复杂的BIM也将得到更好的技术支持。

我们也可以注意到，在云计算领域和BIM领域都出现了一个共同的概念——整合。其实整合是一种发展的必然，是把一些特殊的专业性较强的问题，让少数人解决，让更多的人可以专注于其领域本身的方法。也就是，分工更为明确了。

2 BIM与“云”结合的相关问题

2.1 技术问题

目前，设计人员所熟悉的工作方式大多是单机为主的，人们在一台机器上使用CAD软件绘制图纸，然后使用移动存储设备，如“U盘”，或者使用即时通讯软件来拷贝或传递做好的CAD图形文件。这种协作过程简单但缺乏诸如版本管理等技术的支持，无法通过软件系统的帮助追溯某个过去的时间点的工作状态来找到问题或者修正错误，管理者也无法利用这样的信息来控制工作的进度，往往需要通过很多的会议来解决不同专业和设计人员之间的问题。为此，软件开发商开发出了一系列针对这些需求的软件系统，比如Bentley的ProjectWise、Vico System的施工过程管理系统等等。这些软件系统有的仍然基于文件的拷贝，有的则基于统一的协同服务器，它们可以以模型为核心，为人员之间的协作提供辅助功能，尽可能帮助设计人员和管理者找到数据之间的联系，从而提高设计、建造工作的效率和准确性。还有一些软件系统可以承接设计过程所定义的模型，为这些建筑或基础设施的后期维护提供帮助，例如可以提前报告管线老化应该更换等等。软件商从多种角度入手，为建筑的全生命周期提供支持，唯一可能出现问题的就是数据的流通和整合。

同样的模型数据在不同软件系统中以不同形式进行描述，而不同软件只能完成建筑物开发过程中的某一个阶段所需的功能，数据在这些异构的软件系统中进行传递的时候很可能发生损失或曲解，就像我们玩的传话游戏一样。我们可能需要对模型的描述方式规范化，从而统一各种软件的数据格式。但是就如同建筑行业一样，软件开发商也各自有各自的利益，很难要求它们全部遵循某种数据标准。为了解决这些问题，这些软件开发商也是各自拿出各自的解决方案。比如Autodesk的Revit试图整合各个专业在各个阶段的数据，利用其市场促成其数据格式成为事实标准，但大一统的数据带来的问题是系统运行效率不高，至少在目前的计算机系统下是这样的。另一些软件公司开发了性能更为强大的图形系统，同时以另外一种视角来解决数据互通的问题，比如Bentley通过定义一种可以自描述可交换的可扩展数据接口来实现不同数据格式的传递和展示，但是要实现设计过程中更细节的协同工作尚有不足。而且，随着模型规模的增大和设计过程的推进，它们的模型数据都会变得越来越大，一致使用单一文件的方式处理这些模型数据多少存在不便，也容易出现文件拷贝过程中人为造成的错误。

如果上述这些软件系统能够使用统一的数据存储位置处理同一个项目的模型数据及相关管理信息，则可以更好地解决数据流通的问题，如果其软件系统支持在云端运行，应该对其运行性能也能有所缓解。云计算技术通过把可以并行处理任务动态分配到多个虚拟的计算设备上，然后再通过具体软件系统特定的归约程序，把运算结果整合在一起来提高运算效率。从另一个角度来看这就是对计算资源的整合，可以把闲置的计算资源更充分的利用起来，让更多的人共享这些计算资源。这些虚拟的计算设备包括CPU、内存、磁盘等等。当然，前提是这些软件支持在云服务器上运行。

云计算发展至今，很多人都已经了解云计算服务的三个层次：IaaS、PaaS、SaaS，它们也是云计算时代可能的软件运营模式。作为BIM软件系统的开发商，只需考虑SaaS即可，也就是将软件作为服务，只需要将IaaS和PaaS这些云计算基础设施的运维交给计算机领域的专家即可(不管是公有云还是私有云)，但是软件开发者还需要考虑软件的架构设计是否能够满足部署在云端的要求即可。

这里仅限于“浅谈”，不对软件架构深究，只整理几个与应用相关的热门话题。有人说云计算中一个十分关键的问题是数据安全。有人认为在云存储中，更容易保证数据安全，理由是云数据中心有更为专业的人士负责设备和软件系统的维护。也有人持反对意见，认为数据存储在云端，数据的所有者的权限较难保障，而云端数据目前所受攻击较少仅是因为云存储的应用还相对较少。

其实，这里的数据安全应该包含两个层面的内容，一个是数据在面对灾难时的可恢复性，另一个才是数据的保密性。第一个问题不言而喻，基于本文开始所说的更细的分工的问题，肯定是专业的云数据中心更能保证数据的可恢复性，因为在这方面已经有很多较成熟的技术存在，而这些技术的确十分专业。作为数据的保密性，有人提出可以对数据进行加密，但这是以牺牲数据访问的便利作为代价的。还有一种可能，就是对需要保密的项目仅使用私有云，但是这需要更多的资金和人力成本。笔者个人认为在很长一段时间应该会是私有云、公有云共存的，因为基础设施和技术的完善需要时间的检验。

另一方面人们的观念和社会的相关法律也需要不断提高和完善。从技术上讲，其实云计算只是对原有技术的系统化和整合，是技术积累到一定程度的产物。我们以前使用的电子邮件、即时通讯、网络存储、电商，其实都是云计算的体现，那时候安全的东西不会因为有了新的名字就变得更安全，但也不会变得不安全。从根本上来说，技术上没有绝对的安全，真正的安全其实是需要法制来保障的。

除了整合，BIM软件系统和云计算还会提到一个软件方面的术语：可伸缩性，也就是按需供给，不在不必要的时候浪费成本。云计算中的可伸缩性是依靠分布式架构和系统虚拟化来实现的，系统可以在需要的时候为特定软件提供更多的计算资源，从而平衡各种不同软件在同一时刻的资源消耗，这也是云计算可以比自己购置设备在单位时间内更便宜的原因。对于BIM软件而言，对计算资源(云计算基础设施)的消耗的可伸缩性可以完全依赖于云计算平台，从这个角度来说，云计算时代将为BIM技术提供更好的支持。特别是公有云，不但能节省计算设备的成本，也可以节省软件开销，因为基于SaaS的云BIM系统应该是以服务的形式提供的，且不同BIM系统之间也更容易实现互通。留给BIM软件开发商的问题也就是如何适应并部署在云端了，并且以多大的程度开放以实现系统间的互通。BIM方面的专家认为没有一款软件可以涵盖BIM涉及的全部阶段和精度范围，Jerry Laiserin就把BIM描述为一个包含三个维度的Cube，分别是Scope of Process、Spectrum of Performance、Scale of Product，他认为通常一个软件系统只能涵盖这个BIM Cube的一个小立方单元。如果发展确如他所说，这一点对于BIM软件开发商而言将意味着竞争、合作和发展的各种可能性，而对于用户而言，则是更丰富的选择。言归正传，BIM软件应该在这种大背景下，能够以更灵活的方式来满足用户的需要，而不一定要一家独大，应该以行业的利益为先，从而实现自身更长远的利益。笔者认为，这种灵活性就是BIM软件系统自身的可伸缩性。

从BIM相关理论诞生的时候开始，就对BIM所应当满足的设计和管理等各方面需求做出了明确阐述。加之这个时代对于计算的依赖和计算设备的变革，人们对计算移动性要求越来越高，BIM也一定会顺应这种大的趋势，现有的BIM系统无一例外的重视移动设备的开发。实际上，这种移动性不一定特指移动设备，可能还可以包含Web等方式对于BIM所承载的多维度信息的获取和更新。而BIM与云计算技术的结合也会更顺理成章的满足这种应用要求。

2.2 非技术问题

BIM不能只谈技术，专家们认为技术只在BIM领域占有很小的比例，这里与技术相对的是流程和管理。就像当初推广ERP系统一样，管理没有可以套用的模式，因此配合管理的软件系统也很难像CAD那样能做出普适的功能。流程和管理包含的内容非常多，也不是笔者可以驾驭的，这里只分享几点与云计算相关的感受。

云计算会为计算资源的提供者和使用者带来商业模式的变化，计算资源不再以购买设备作为消费模式，而是按需购买资源。这可能与我们的一些传统观念有一定冲突，好像计算机买到家里才算是一种资产。但实际上，计算机作为一种设备会老化、淘汰，是一种消耗品，时间长了还会产生大量的电子垃圾。换一种思考方式，我们可以像使用电一样按需购买，而把发电机的维护交给电力公司，这就是当初把计算设备作为资源考虑的大师们所做的类比。云计算支持用配置并不很高的设备对系统进行扩展，这也从某种程度上缓解了电子垃圾造成的浪费。当然，集中的计算资源作为一种基础设施，也需要很大的管理成本，但是就如同当初的发电机发展为电厂一样，规模效应会摊平这种成本。

云计算时代的BIM软件也会和其它云端应用一样，借助云的规模效应，在更大更开放的环境中相互竞争，同时相互合作，更好地实现数据互通，甚至是功能共享。用户得到的可能会是整合度更高的BIM软件，因为任何的封闭系统都更难生存。所以云时代的BIM系统的最大受益者会是用户。

3 美好的未来

云计算时代的计算模式将为BIM系统的发展带来更为广阔的空间，设计人员将能够更容易更充分地利用这些软件开展工作，并节约设计和沟通的成本，BIM在云计算时代将为基础设施建设和运维带来变革。同时，云计算时代的软件系统能够更高效的利用计算资源，从而实现更为低碳环保的目标。

[1] Chuck Eastman, Paul Teicholz, Rafael Sacks, Kathleen Liston. BIM Handbook, 2nd ed. P16.

[2] Jerry Laiserin. BIMET 2013.

[3] 吴朱华. 云计算核心技术剖析. 人民邮电出版社, 2011.

[4] 姚宏宇, 田溯宁. 云计算：大数据时代的系统工程. 电子工业出版社, 2013.

[5] Stephen R.Smoot, Nam K.Tan. 私有云计算：整合、虚拟化和面向服务的基础设施. 机械工业出版社, 2013.

[6] 《虚拟化与云计算》小组. 虚拟化与云计算. 电子工业出版社, 2009.

[7] 何清华, 潘海涛, 李永奎, 钱丽丽. 基于云计算的BIM实施框架研究. 建筑经济, 2012年第5期.

[8] Choi,YungKi. BIM的一个新趋势-基于云的BIM. www.chinabim.com, 2013.

[9] 郭邦军. 基于云计算构建BIM模型研究综述. 城市建设理论研究, 2013年第20期.

[10]Chris France. 基于云计算的虚拟设计与建造. www.chinabim.com, 2013.

[11]张培颖. 上海中心BIM工程云：传统建筑和云计算联姻. www.TechTarget.com, 2013.

Discussion on BIM Software System and Cloud Computing

Fang Qi

(CABRTechnologyCo.,Ltd.,Beijing100013,China)

This article introduces characteristics and development of BIM system and cloud computing and demonstrates some views about the application mode of the BIM system in the cloud computing background. The features of the cloud computing can meet the requirements of the development of the BIM system, and the BIM ware (the BIM software system) based on cloud computing technology will better integrate data and functions. The new computation mode and the BIM system will benefit the users and the whole CAD market and meet the low carbon trend.

BIM； Software； Cloud Computing； Integration of System

“十二五”国家863课题“基于建筑信息模型的三维建筑工程设计软件开发与应用”(SS2013AA041306)

方琦(1979-)，男，工程师。主要研究方向：建筑工程计算机辅助设计。

F406.2：TU17

A

1674-7461(2015)01-0049-04